DE69908929T2 - METHOD FOR THERMOCHEMICAL HEAT STORAGE - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein System zum thermischchemischen Ansammeln von Wärmeenergie und ihrer Ausnutzung. Speziell betrifft die Erfindung ein System der oben genannten Art, welches das Ansammeln von Wärme erlaubt, beispielsweise jedoch nicht ausschließlich von Sonnen- und/oder Windenergie oder Energie aus dem Abfall von Zivilisationsfestmüll oder jeder Art von Energie, die während einer günstigen Saison für die spezielle Aktivität verfügbar ist, und welches die Ausnutzung der Energie während einer anderen Saison gestattet.The invention relates to a System for the thermal-chemical accumulation of thermal energy and its utilization. In particular, the invention relates to a system of the type mentioned above, which is the accumulation of heat allowed, for example, but not exclusively from solar and / or wind energy or energy from solid waste from civilization or any kind of energy that during a cheap one Season for the special activity is available and which is the use of energy during another season allowed.
Bekanntermaßen sind durch die Jahre viele Versuche unternommen worden zur positiven Ausnutzung von Solar- und Windenergie, wie auch anderer Energiearten wie Energie aus dem Abfall von Zivilisationsfestmüll, also einer Energie, die während bestimmter Jahreszeiten reichlich vorhanden ist, speziell in Jahreszeiten, wo die Energieanforderungen geringer sind, um diese Energie in weniger günstigen Jahreszeiten mit höherem Energiebedarf verfügbar zu machen. Im Folgenden richten sich einige Teile der Beschreibung speziell auf Sonnen- und/oder Windenergie, aber es versteht sich, dass die Erfindung so nicht begrenzt werden kann.As is known, many attempts have been made through the years undertaken to make positive use of solar and wind energy, as well as other types of energy such as energy from solid waste from civilization an energy that during certain Seasons is abundant, especially in seasons, where the energy requirements are less, this energy in less Great Seasons with higher Energy requirements available close. Below are some parts of the description specifically on solar and / or wind energy, but it goes without saying that the invention cannot be limited in this way.
Bislang erlaubt es keine der bereits untersuchten Lösungen, vorteilhaft und ausreichend Solar und/oder Windenergie während des Sommers anzusammeln, um sie dann im Winter auszubeuten, wenn der Energiebedarf größer ist, speziell zum Heizen.So far, none of them already allow examined solutions, advantageous and sufficient solar and / or wind energy during the To accumulate in summer and then exploit it in winter when the Energy requirement is greater especially for heating.
In der US-A-3,255,554 ist ein System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben. Angesichts dieser Situation hat der Anmelder ein System realisiert, welches das Sammeln von Energie und deren Ausbeutung während der folgenden Saison erlaubt. Die erfindungsgemäße Lösung sieht die Ausnutzung einer bekannten chemischen Reaktion vor, speziell der Reaktion zwischen Calcium-Oxyd und Wasser sowie umgekehrt, bei welcher während der Reaktion zwischen Calcium-Oxyd und Wasser Wärme erzeugt wird, für die umgekehrte Reaktion von Calcium-Hydroxyd jedoch Wärme benötigt wird. Der Anmelder hat ein System realisiert, welches auf Grundlage dieser Reaktion die Sonnen- und Windenergie ausnützt, um Calcium-Hydroxyd zu dissoziieren, und auf diese Weise Calcium-Oxyd und Wasser zu erhalten, und dann während des Winters aus der Reaktion des zuvor erhaltenen Calcium-Oxyds die Wärme wiedergewinnt.One system is in US-A-3,255,554 according to the generic term of claim 1 described. Given this situation, the Applicant realizes a system that collects energy and their exploitation during allowed the following season. The solution according to the invention sees the utilization of a known chemical reaction, especially the reaction between Calcium oxide and water and vice versa, during which during the Reaction between calcium oxide and water heat is generated for the reverse Reaction of calcium hydroxide however heat needed becomes. The applicant has implemented a system based on This reaction uses solar and wind energy to add calcium hydroxide dissociate, and in this way to get calcium oxide and water, and then during of winter from the reaction of the calcium oxide previously obtained the heat recovers.
Daher besteht eine spezielle Aufgabe der Erfindung in einem System zum thermo-chemischen Ansammeln von Wärmeenergie mit einem Calcium-Oxyd-Regenerationsabschnitt und einem Wärmeerzeugungsabschnitt, wobei der Calcium-Oxyd-Regenerationsabschnitt eine Energieerzeugungszentrale, einen Regenerator, eine Calcium-Hydroyd-Zuführeinrichtung zur Zuführung von Hydroxyd-Calcium innerhalb des Regenerators und einer Vorrichtung zum separaten Extrahieren von im Generator erzeugten Calcium-Oxyd und Wasser aufweist, wobei der Wärmeerzeugungsabschnitt einen Reaktor enthält, dem Calcium-Oxyd und Wasser zugeführt werden und aus dem die Definition zwischen Calcium-Hydroxyd und Wasser erzeugter Wärme unter das der Regenerierstation zuzuführende Calcium-Hydroxyd mit Hilfe eines Wärmeaustauschers abgeführt werden; die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Energieerzeugerzentrale überhitzten Dampf mit etwa 600°C oder elektrische Energie liefert, dass die Reaktion zwischen Calcium-Oxyd und Wasser mit einer stöchiometrischen Menge von Wasser stattfindet, dass Calcium-Oxyd und Calcium-Hydroxyd an räumlich getrennten Orten aufbewahrt wird, und dass das im Regenerator erhaltene Calcium-Oxyd durch einen Wärmeaustauscher geführt wird, dessen Tempe ratur sich erniedrigt, und die abgeführte Hitze wird zur Erhöhung der Wassertemperatur benutzt, die zu Beginn etwa 40°C beträgt und von einem weiteren Wärmeaustauscher kommt, so dass man überhitzten Dampf erhält, welcher dem weiteren Wärmeaustauscher zugeführt wird, um die Temperatur der aus dem Kondensor kommenden trockenen Luft zu erhöhen und sie erhitzt dem Generator zuzuführen.Therefore there is a special task of the invention in a system for thermo-chemical accumulation of Thermal energy with a calcium oxide regeneration section and a heat generation section, the calcium oxide regeneration section being an energy generation center, a regenerator, a calcium hydroxide supply device for the supply of hydroxide calcium inside the regenerator and a device for separate extraction of calcium oxide and water generated in the generator, wherein the heat generating section contains a reactor the calcium oxide and water are supplied and from which the Definition between calcium hydroxide and water generated heat under the calcium hydroxide to be supplied to the regeneration station Be removed using a heat exchanger; the invention is characterized in that the power generation center overheated Steam at around 600 ° C or electrical energy that provides the reaction between calcium oxide and Water with a stoichiometric Amount of water takes place that calcium oxide and calcium hydroxide at spatially separate Is kept in places and that the calcium oxide obtained in the regenerator by a heat exchangers guided is, the temperature lowers, and the heat dissipated will increase the water temperature used, which is about 40 ° C at the beginning and from another heat exchanger comes so you overheated Receives steam, which is the further heat exchanger supplied is the temperature of the dry coming out of the condenser To increase air and heated to feed the generator.
Vorzugsweise sind die Regeneratorabschnitte in einem geschlossenen Kreislauf zusammengeschaltet für den Austausch von Calcium-Oxyd, Calcium-Hydroxyd und Wasser. Ferner können erfindungsgemäß der Regenerator und Generatorabschnitt getrennt voneinander sein und der Transfer von Calcium-Oxyd und Calcium-Hydroxyd kann durch Transportmittel erfolgen, vorzugsweise innerhalb von Reservoiren ohne Kohlendioxyd.The regenerator sections are preferably interconnected in a closed loop for exchange of calcium oxide, calcium hydroxide and water. According to the invention, the regenerator can also and generator section and the transfer of Calcium oxide and calcium hydroxide can be done by means of transport, preferably inside reservoirs without carbon dioxide.
Weiterhin wird erfindungsgemäß das Calcium-Hydroxyd in dem Generator nach Erhöhung der Temperatur auf etwa 500°C in einen Wärmeaustauscher eingespeist, vorzugsweise unter Verwendung von überhitztem Dampf, der aus einem Kondensor kommt, welcher im Regenerator erzeugte feuchte und heiße Luft ausnutzt.According to the invention, calcium hydroxide is also used in the generator after increase the temperature to about 500 ° C in a heat exchanger fed, preferably using superheated steam coming from a The condenser comes, which is moist and hot air generated in the regenerator exploits.
Weiterhin lässt man erfindungsgemäß das im Generator erzeugte Calcium-Oxyd einen Wärmetauscher durchlaufen, welcher dessen Temperatur absenkt und die abgezogene Wärme zur Erhöhung der Wassertemperatur verwendet, die zu Beginn etwa 40°C beträgt und aus einem weiteren Wärmetauscher kommt, um so überhitzten Dampf zu erhalten, der dem weiteren Wärmetauscher zugeführt wird, um die Temperatur von aus dem Kondensor kommender trockener Luft zu erhöhen und sie aufgeheizt in den Regenerator zu schicken. Vom Kondensor aus dem vom Regenerator kommenden überhitzten Dampf entnommenes Wasser wird weiter erfindungsgemäß in ein Speicherreservoir gesammelt, um es im Wärmeer zeugungsabschnitt zu verwenden. In dem Wärmeerzeugerabschnitt kann Calcium-Oxyd in einen ersten Wärmetauscher eingebracht werden, um seine Temperatur auf etwa 30°C zu erhöhen, ehe es in den Reaktor gelangt. Erfindungsgemäß kann auch ein zweiter Wärmetauscher stromabwärts vom Reaktor vorgesehen werden, welcher die Temperatur des aus dem Reaktor kommenden Calcium-Hydroxyds von etwa 100°C auf etwa 40°C absenkt.Furthermore, according to the invention, the calcium oxide generated in the generator is passed through a heat exchanger which lowers its temperature and uses the heat drawn off to increase the water temperature, which is initially around 40 ° C. and comes from a further heat exchanger in order to obtain superheated steam , which is fed to the further heat exchanger in order to raise the temperature of dry air coming from the condenser and to send it heated up into the regenerator. Water removed from the condenser from the superheated steam coming from the regenerator is further collected according to the invention in a storage reservoir for use in the heat generation section. In the heat generator section, calcium oxide can be introduced into a first heat exchanger to raise its temperature to about 30 ° C before it enters the reactor. According to the invention a second heat exchanger can also be provided downstream of the reactor, which lowers the temperature of the calcium hydroxide coming from the reactor from approximately 100 ° C. to approximately 40 ° C.
Vorzugsweise wird erfindungsgemäß die im zweiten Wärmetauscher extrahierte Wärme teilweise zum Aufheizen von Wasser benutzt, das mit Calcium-Oxyd im Reaktor reagieren soll, und zum Teil zur Überhitzung des Calcium-Oxyds innerhalb des ersten Wärmetauschers benutzt wird.According to the invention, preference is given to that in the second heat exchangers extracted heat partially used to heat water containing calcium oxide should react in the reactor, and partly to overheat the calcium oxide inside the first heat exchanger is used.
Im Folgenden sei die Erfindung lediglich beispielhaft, jedoch nicht im beschränkenden Sinne anhand einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, die ein Schema des erfindungsgemäßen Systems veranschaulichen.In the following, the invention is merely exemplary, but not in a restrictive sense based on a preferred embodiment described with reference to the accompanying drawings, the one Scheme of the system according to the invention illustrate.
Wie bereits gesagt, ist die zum Zwecke
der Erfindung benutzte chemische Reaktion die folgende:
Bei dieser Reaktion entstehen 15,5 Kcal/kg Reaktionsoxyd (d. h. 64,92 KJoule/kg Oxyd). Die chemische Reaktion tritt im System während der Wintersaison auf, d. h. also während der Periode, wo Heizung benötigt wird.This reaction produces 15.5 Kcal / kg reaction oxide (i.e. 64.92 KJoules / kg oxide). The chemical Reaction occurs in the system the winter season, d. H. so during the period where heating needed becomes.
In einem Reaktor 1, in dem die Reaktion zwischen Oxyd und Wasser auftritt, wird Wärme erzeugt, die durch Wasserzirkulation innerhalb eines Zwischenraums 2 durch ein Rohr 3 extrahiert wird: Das auf etwa 80°C erwärmte Wasser wird in die zu beheizenden Räume transportiert, selbst über große Entfernungen. Am Ausgang des Reaktors 1 hat das entstandene Hydroxyd noch eine zu hohe Temperatur (etwa 100°C), um in den Akkumulationshaufen 4 entladen zu werden; der Verlust an Wärmeenergie wäre nicht zu rechtfertigen.In a reactor 1 in which the reaction between oxide and water, heat is generated by water circulation is extracted within a space 2 through a tube 3: That to about 80 ° C heated Water is transported into the rooms to be heated, even over great distances. At the exit of the reactor 1, the hydroxide formed still has one too high temperature (about 100 ° C), to be discharged into the accumulation pile 4; the loss of thermal energy would not be to justify.
Bei der in der Figur gezeigten Ausführungsform transformiert die archimedische Schraube 5 Calcium-Hydroxyd in einem Wärmetauscher und bewirkt auf diese Weise einen Wärmeaustausch mit dem zirkulierenden Wasser, wobei die Temperatur des Calcium-Hydroxyds auf etwa 40°C abgesenkt wird. Die vom zirkulierenden Wasser im Wärmetauscher 6 aufgenommene Wärme wird dann teilweise in das Rohr 7 und den Wärmetauscher 8 zu dem stöchiometrischen Wasser übertragen, welches mit dem Oxyd reagiert, und teilweise durch den Wärmetauscher 9 zu demselben Oxyd, welches noch kalt ist und aus dem Vorrat kommt, übertragen. Während des Transports des in der kalten Periode gespeicherten Calcium-Oxyds erschöpft sich dieses, wie im Folgenden noch beschrieben wird, während die Menge des Calcium-Hydroxyds im Vorrat 4 sich vergrößert. In jedem Fall wird der Abschnitt des erfindungsgemäßen Systems, der es erlaubt, Calcium-Oxyd zu erhalten, während jedes sonnigen oder windigen Tages zur Oxydregenerierung aktiviert. Zu diesem Zweck kann man überhitzten Dampf bei 600°C verwenden, der aus einer Sonnenspiegelzentrale kommt und dann in den Zwischenraum des Regenerators 10 durch das Rohr 11 eingebracht wird. Andernfalls kann man auch elektrische Energie aus einer Photovoltaik-Zentrale oder einem Windkraftsystem über die Widerstände 25 ausnutzen.In the embodiment shown in the figure the Archimedean screw transforms 5 calcium hydroxide in one heat exchangers and in this way causes heat exchange with the circulating Water, the temperature of the calcium hydroxide being lowered to about 40 ° C. The absorbed by the circulating water in the heat exchanger 6 Heat will then partially into the tube 7 and the heat exchanger 8 to the stoichiometric Transfer water, which reacts with the oxide, and partly through the heat exchanger 9 transferred to the same oxide that is still cold and comes from the supply. During the Transport of calcium oxide stored in the cold period exhausted this, as will be described below, while the Amount of calcium hydroxide in the stock 4 increases. In in any case, the section of the system according to the invention which allows To get calcium oxide while activated for oxide regeneration every sunny or windy day. You can overheat for this purpose Steam at 600 ° C use that comes from a sun mirror center and then in introduced the space of the regenerator 10 through the tube 11 becomes. Otherwise you can also get electrical energy from a photovoltaic center or a Wind power system over the resistors 25 exploit.
CA (OH)2 benötigt eine Temperatur von 580°C bei Atmosphärendruck, um Oxyd (CaO) und Wasser dissoziieren. Calcium-Hydroxyd bei Umgebungstemperatur wird zunächst in einen Wärmetauscher 12 eingebracht, in welchem seine Temperatur erhöht wird, wie im Folgenden noch deutlich gemacht wird, wobei das in den Regenerator 10 eintretende Calcium-Hydroxyd eine Temperatur von mehr als 500°C hat. Daher beginnt Calcium-Hydroxyd in Calcium-Oxyd und Wasser zu dissoziieren, wobei der Dampf den Druck von einer Atmosphäre (10000 Pascal) bei 580°C erreicht. Der Dampf wird aus dem Rohr 13 durch eine Luftzirkulation abgezogen, und die Luft-Dampf-Mischung wird im Kondensor 14 abgekühlt. Vom Kondensor 14 wird das kondensierte Wasser durch ein kleines Reservoir 15 und die Pumpe 16 in das Speicherreservoir 17 transportiert, und es wird als stöchiometrisches Wasser für den Winterzyklus der Pumpe 18 ausgenutzt, welche es zum Wärmetauscher 8 des Wärmeerzeugersystemabschnitts überträgt.CA (OH) 2 requires a temperature of 580 ° C at atmospheric pressure to dissociate oxide (CaO) and water. Calcium hydroxide at ambient temperature is first introduced into a heat exchanger 12, in which its temperature is increased, as will be made clear below, the calcium hydroxide entering the regenerator 10 having a temperature of more than 500 ° C. Calcium hydroxide therefore begins to dissociate in calcium oxide and water, the vapor reaching the pressure of one atmosphere (10,000 Pascals) at 580 ° C. The steam is withdrawn from the tube 13 by air circulation, and the air-steam mixture is cooled in the condenser 14. From the condenser 14, the condensed water is transported through a small reservoir 15 and the pump 16 into the storage reservoir 17, and it is used as stoichiometric water for the winter cycle of the pump 18, which it transfers to the heat exchanger 8 of the heat generator system section.
Entfeuchtetes Wasser von etwa 50°C im Kondensor 14 wird wiederum durch das Rohr 19 in den Zyklus eingespeist, nachdem es im Wärmetauscher 20 vorgeheizt wurde, in welchem es Wärme aufnimmt, die von einem Wasserrohr 21 transportiert wird, das sie vom Austauscher 22 aufgenommen hat, in welchem vom Regenerator 10 kommendes heißes Calcium-Oxyd gekühlt wird.Dehumidified water of around 50 ° C in the condenser 14 is in turn fed through the tube 19 into the cycle after it in the heat exchanger 20 was preheated, in which it absorbs heat from one Water pipe 21 is transported, which it received from the exchanger 22 has, in which hot calcium oxide coming from the regenerator 10 is cooled.
Die im Kondensor 14 enthaltene Wärme wird benutzt, um überhitzten Wasserdampf durch das Rohr 23 in den Wärmeaustauscher 12 zu bringen, um Calcium-Hydroxyd vorzuheizen, das in den Regenerator 10 eingebracht wird; da hierbei ein Wärmeüberschuss entsteht, transportiert zirkulierendes Wasser einen Teil davon zum Dissipator 24, ehe es wieder in den Kondensor eintritt.The heat contained in the condenser 14 is used to overheat To bring water vapor through the pipe 23 into the heat exchanger 12, to preheat calcium hydroxide which is introduced into the regenerator 10 becomes; because there is excess heat arises, circulating water transports part of it to the Dissipator 24 before it enters the condenser again.
Durch das soeben beschriebene komplexe System der Wärmewiedergewinnung ist es möglich, die Spiegeloberfläche der Sonnenzentrale kleiner zu halten und mit dem erfindungsgemäßen System dieselbe Energie zu gewinnen. Der Regenerator 10 bildet auch eine Mehrzahl elektrischer Widerstände 25, durch welche es möglich ist, die Temperatur zu erhalten, die benötigt wird, um die Regeneration von Calcium-Hydroxyd aus Windenergie durchzuführen. Auch wenn in der gesamten Beschreibung von der Verwendung von Wärme gesprochen wurde, die durch den Reaktor 1 in einer Fernheizungsanlage erzeugt wird, kann sie auch für andere Zwecke benutzt werden, u. a. das Heizen von Häusern mit niedriger Enthalpie.Through the complex system just described heat recovery is it possible that mirror surface to keep the solar center smaller and with the system according to the invention to gain the same energy. The regenerator 10 also forms one Most electrical resistors 25, through which it is possible is to maintain the temperature that is needed for regeneration of calcium hydroxide from wind energy. Even if in the whole Description of the use of heat spoken by the reactor 1 is generated in a district heating system, it can also for other purposes are used, u. a. heating houses with low enthalpy.
Für große Anlagen, also solche, die in der Lage sind, Endnutzer im Winter mit etwa 1 Mio. Kcal/Std. zu versorgen, lässt sich ein System anwenden mit ähnlichen Merkmalen wie das anhand der Figur beschriebene System: Und ein solches Supersystem kann für etwa 100 Familien in unterschiedlichen Wohnanlagen benutzt werden. Um einzelne Häuser oder andere Benutzer zu versorgen, wo keine Fernheizung möglich ist, kann man den Transport von Calcium-Oxyd viermal in jedem Winter vorsehen. Der Benutzer hat zwei Reservoirs, eines für Calcium-Oxyd, welches beispielsweise 5 Millionen Kcal (625 Liter Gasöl) liefern kann und eines für Hydroxyd, jeweils mit einem Volumen von 30 m3. An einem entfernten Ort (mehrere Kilometer) vom Regenerationssystem können andere CAO-Reservoirs auf Lastwagen befällt werden und es erfolgt ein Transport zum Ort des Benutzers, wo das Oxyd mit geeigneten Pumpen in ein leeres Reservoire abgefüllt wird.For large systems, i.e. those in the Are able to end users in winter with about 1 million Kcal / hour. to supply, a system can be used with similar features to the system described with the aid of the figure: and such a super system can be used for about 100 families in different residential complexes. In order to supply individual houses or other users where district heating is not possible, calcium oxide can be transported four times every winter. The user has two reservoirs, one for calcium oxide, which can supply, for example, 5 million Kcal (625 liters of gas oil) and one for hydroxide, each with a volume of 30 m 3 . At a remote location (several kilometers) from the regeneration system, other CAO reservoirs can be loaded onto trucks and transported to the user's location, where the oxide is filled into an empty reservoir using suitable pumps.
Sobald der Vorgang abgeschlossen ist, wird die Pumpe an das mit Hydroxyd gefüllte Reservoire angeschlossen, und dieses wird in das Lastwagenreservoir entleert, der es zu dem Vorrat beim Regeneriersystem transportiert, wo es sobald wie möglich regeneriert wird. Andernfalls ist es auch möglich mit Oxyd und Hydroxyd gefüllte Reservoirs direkt zu entleeren oder zu füllen und so den Transport zu den Benutzern zu vermeiden. Während der Füll-, Leerungs- und Transportvorgänge wird in einem leeren Reservoir befindliche Luft übertragen, während das Reservoir geleert wird, und auf diese Weise wird es immer kohlendioxydfrei gehalten. Wenn in diesem Falle Privathäuser mit Fußbodenheizung versehen sind, können die Wärmetauscher 6 und 9 weggelassen werden.Once the process is complete the pump is connected to the reservoir filled with hydroxide, and this is emptied into the truck reservoir, which it to the Transported to the regeneration system, where it regenerates as soon as possible becomes. Otherwise it is also possible filled with oxide and hydroxide To empty or fill reservoirs directly and thus to transport to avoid users. While the filling, Emptying and transport processes air in an empty reservoir is transferred during the Reservoir is emptied, and in this way it always becomes carbon dioxide free held. If in this case private houses are provided with underfloor heating, can the heat exchangers 6 and 9 can be omitted.
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